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Binomische Formeln – Überblick 05:53 min

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Transkript Binomische Formeln – Überblick

AQuadrat und Cyberfüchsin sind Hacker. Sie versuchen bei jeder Gelegenheit, sich gegenseitig zu überbieten. Heute wollen sie sich in das Sicherheitssystem eines Unternehmens hacken. Wer zuerst in das System knackt, dem ist ewig währender Ruhm sicher. AQuadrat steht vor der ersten Sicherheitsschranke. Um sie zu überwinden, muss er folgenden Ausdruck vereinfachen: a + b in Klammern zum Quadrat. Also: a + b in Klammern mal a+ b in Klammern. AQuadrat weiß, wie er das Produkt dieser beiden Binome berechnen kann. Dafür nimmt er eine Fläche zu Hilfe. Und zwar ein Quadrat, das er in zwei Zeilen und zwei Spalten unterteilt. Jedes Teilstück markiert er mit einem Term aus den zwei Binomen. Dann berechnet er die Fläche von jedem Teilstück und schreibt die Formel dafür in das passende Teilstück. a mal a ist gleich a Quadrat, a mal b ist gleich ab. b mal a ist ebenfalls gleich ab. b mal b ist gleich b Quadrat. Er addiert die Terme, fasst gleichartige Terme zusammen und schreibt den Ausdruck in der Normalform: a² + 2ab + b². Ja, jetzt hat er es! Er gibt das Passwort ein. Verflixt! Cyberfüchsin war schneller. Wie kann das denn sein? Kennt sie etwa einen schnelleren Weg, um das Produkt von zwei Binomen zu berechnen? Und ob sie den kennt! Die schlaue Füchsin hat in dem Ausdruck sofort ein Muster erkannt. Sie kennt nämlich die 1. binomische Formel: a+b in Klammern zum Quadrat = a² + 2ab + b². AQuadrat kommt zur zweiten Sicherheitsschranke. Dieses Mal will er schneller sein und probiert eine andere Methode. Um Klammer auf a minus b Klammer zu mal Klammer auf a minus b Klammer zu auszurechnen, nutzt er das Distributivgesetz. Dabei multipliziert er jeden Summanden der ersten Klammer mit jedem Summanden der zweiten Klammer. Los, wir müssen uns ranhalten! Zuerst die beiden vorderen Terme: a mal a ist gleich a². Jetzt die beiden äußeren Terme: a mal -b ist gleich -ab. Nun die inneren Terme: -b mal a ist gleich -ab. Und zuletzt die beiden hinteren Terme: -b mal -b ist gleich b². Gleichartige Terme werden zusammengefasst und wir erhalten: a² - 2ab + b². Schnell das Passwort eingeben und. Verflixt! Er hat zwar flink gerechnet, aber Cyberfüchsin hat ihn trotzdem ausgestochen. Wie das denn? Sie hat wieder das Muster erkannt. Dieses Mal nämlich das der 2. binomischen Formel: a - b in Klammern zum Quadrat ist gleich a² - 2ab + b². Ah, die letzte Sicherheitsschranke. Dieses Mal muss ein Produkt gelöst werden: 42 mal 38. Kein Problem, AQuadrat kann multiplizieren wie kein Zweiter. Soll das ein Witz sein?! Cyberfüchsin ist wirklich ausgefuchst. Sie hat die Differenz von zwei Quadratzahlen genutzt, um die Rechnung zu lösen. Du hast den Ausdruck: In Klammern a + b mal in Klammern a – b. Schau, was beim Ausmultiplizieren passiert. Diese Produkte heben sich gegenseitig auf. Übrig bleibt die Differenz von zwei Quadratzahlen, a Quadrat minus b Quadrat. Clevere Cyberfüchsin. Sie hat die Zahlen 42 und 38 umgeschrieben zu 40 plus 2 und 40 minus 2 und so die Differenz von zwei Quadratzahlen erhalten. Die Potenzen hat sie dann ausgerechnet und ratzfatz die Differenz erhalten: 1.596. Sie hat die 3. binomische Formel erkannt. Pass gut auf, dann wirst du diese Muster auch erkennen, genau wie Cyberfüchsin. Mit dieser Zusammenfassung hier kannst du dir die binomischen Formeln leicht merken. Dann bist du auch so schnell wie Cyberfüchsin. Und die hat ganz klar gewonnen. Aber was ist das? Sieht so aus, als ob die beiden Hacker gehackt werden. Von ihrer Mutter?! Zeit fürs Abendessen!

26 Kommentare
  1. Super Video!

    Von Teia, vor 3 Monaten
  2. Hallo A Huebsch, du findest hoch zwei auf der Taste mit der normalen 2. Du hältst "Alt Gr" gedrückt und drückst dann die 2 auf deiner Tastatur: ²
    Der Malpunkt kann mit dem Stern dargestellt werden: Auf der "+"-Taste mit "Shift", letztere ist die Taste über der "Strg"-Taste mit dem Pfeil: *
    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Albrecht Kröner, vor 5 Monaten
  3. Wie kann man mal oder hoch 2 auf der Tastatur eingeben?

    Von A Huebsch, vor 5 Monaten
  4. Super erklärt!👍🏼

    Von Alex Matze, vor 6 Monaten
  5. Einfach und verständlich erklärt
    sehr gut!

    Von Olga Fritz, vor 7 Monaten
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Binomische Formeln – Überblick Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Binomische Formeln – Überblick kannst du es wiederholen und üben.

  • Berechne die Terme mithilfe der binomischen Formeln.

    Tipps

    Du kannst eine Potenz auch so aufschreiben:

    $a^2=a\cdot a$.

    Beide Schreibweisen haben die gleiche Bedeutung.

    Du kannst zum Ausmultiplizieren der Klammern auch das Distributivgesetz anwenden. Dieses lautet:

    $(a+b)(c+d)=ac+ad+bc+bd$.

    Du darfst nur gleichartige Terme addieren oder subtrahieren. Schau dir folgendes Beispiel an:

    $x+y+3y+xy+yx=x+4y+2xy$.

    Es gilt nämlich: $~ xy=yx$.

    Lösung

    Folgende Terme sind uns gegeben:

    • $(a+b)^2$,
    • $(a-b)^2$,
    • $(a+b)(a-b)$ und
    • $(40+2)(40-2)$.
    Diese Terme können wir entweder direkt über die jeweilige binomische Formel oder mithilfe des Distributivgesetzes berechnen. Im Folgenden werden diese Terme ausführlich unter Anwendung des Distributivgesetzes berechnet und somit alle drei binomischen Formeln hergeleitet.

    1. binomische Formel: $~(a+b)^2$

    • $~(a+b)^2=(a+b)(a+b)=a^2+ab+ba+b^2=a^2+2ab+b^2$
    2. binomische Formel: $~(a-b)^2$
    • $~(a-b)^2=(a-b)(a-b)=a^2-ab-ba+b^2=a^2-2ab+b^2$
    3. binomische Formel: $~(a+b)(a-b)$
    • $~(a+b)(a-b)=a^2-ab+ba-b^2=a^2-b^2$
    Für das Zahlenbeispiel können wir nun die dritte binomische Formel anwenden:

    • $(40+2)(40-2)=40^2-2^2=1600-4=1596$.
  • Beschreibe, wie du die Multiplikation $42\cdot 38$ mithilfe der dritten binomischen Formel lösen kannst.

    Tipps

    Eine Multiplikation der Form $(a+b)\cdot (c+d)$ kannst du ebenfalls durch Anwendung des Distributivgesetzes lösen. Hierzu gilt:

    $(a+b) \cdot (c+d)=ac+ad+bc+bd$.

    Die binomischen Formeln stellen eine Sonderform beim Auflösen zweier Klammerterme dar.

    Die dritte binomische Formel lautet:

    $(a+b) \cdot (a-b)=a^2-ab+ba-b^2=a^2-b^2$.

    Lösung

    Die Multiplikationsaufgabe $42\cdot 38$ können wir sowohl mittels schriftlicher Multiplikation als auch durch geschickte Anwendung der dritten binomischen Formel lösen.

    Das Vorgehen bei der schriftlichen Multiplikation kannst du der hier dargestellten Abbildung entnehmen.

    Deutlich schneller kannst du diese Aufgabe durch Anwendung der dritten binomischen Formel $(a+b)\cdot (a-b)=a^2-b^2$ rechnen. Dazu schreiben wir die Aufgabe zunächst so um, dass wir zwei Klammerterme erhalten. Wir rechnen wie folgt:

    $42\cdot 38=(40+2)\cdot (40-2)=40^2-2^2=1600-4=1596$.

  • Ermittle mithilfe der binomischen Formeln die Lösungen der Terme.

    Tipps

    Die erste und zweite binomische Formel lauten:

    $(a+b)^2=a^2+2ab+b^2$ und// $(a-b)^2=a^2-2ab+b^2$.

    Du quadrierst eine Zahl, indem du sie einmal mit sich selbst multiplizierst:

    $6^2=6\cdot 6=36$.

    Lösung

    Unter Anwendung der binomischen Formeln möchten wir im Folgenden die gegebenen Beispiele lösen. Die drei binomischen Formeln lauten wie folgt:

    1. Binomische Formel: $~ (a+b)^2=a^2+2ab+b^2$,

    2. Binomische Formel: $~ (a-b)^2=a^2-2ab+b^2$,

    3. Binomische Formel: $~ (a+b)\cdot (a-b)=a^2-b^2$.

    Mit diesen Formeln können wir nun die gegebenen Klammerterme berechnen. Hier siehst du die Rechenwege:

    • $(11+3)^2=121+66+9=196$,
    • $(12-5)^2=144-120+25=49$,
    • $(5+3)\cdot (5-3)=25-9=16$,
    • $(13-4)^2=169-104+16=81$.
  • Bestimme den Term für die markierten Flächen.

    Tipps

    Die Fläche eines Quadrates mit der Seitenlänge $a$ entspricht $a^2$.

    Die erste binomische Formel lautet: $(a+b)^2=a^2+2ab+b^2$.

    Hier siehst du die dritte binomische Formel:

    $(a+b)\cdot (a-b)=a^2-b^2$.

    Lösung

    Wir betrachten hier zwei Flächen, welche je durch eine der binomischen Formeln beschrieben wird. Die binomischen Formeln kann man sich nämlich jeweils als Fläche vorstellen.

    Gegeben sind dabei ein großes Quadrat mit der Seitenlänge $a$ sowie ein kleines Quadrat mit der Seitenlänge $b$, das in dem großen Quadrat liegt. Die Fläche eines Quadrates entspricht dem Quadrat seiner Seitenlänge. Somit hat das große Quadrat eine Fläche von $a^2$ und das kleine Quadrat eine Fläche von $b^2$.

    Rote Fläche

    Zunächst schauen wir uns die rote Fläche an. Dieses Quadrat hat die Seitenlänge $a-b$ und somit die Fläche $(a-b)^2$. Sie entspricht also der Quadratfläche, welche durch die zweite binomische Formel beschrieben wird.

    Diese lautet: $(a-b)^2=a^2-2ab+b^2$.

    Da die linke Seite dieser Gleichung die rote Fläche beschreibt, muss diese auch durch die rechte Seite beschrieben werden. Das bedeutet, dass wir von dem großen Quadrat zunächst zweimal die Fläche $a\cdot b$ abziehen. Anschließend addieren wir die Fläche $b^2$, da wir dieses Stück zweimal abgezogen haben.

    Grüne Fläche

    Nun betrachten wir die grüne Fläche. Diese Fläche erhalten wir, wenn wir von dem großen Quadrat das kleine Quadrat abziehen. Der Flächeninhalt des großen Quadrats beträgt $a^2$ und der Flächeninhalt des kleinen Quadrats beträgt $b^2$. Der Flächeninhalt der grünen Fläche wird also durch den Term $a^2-b^2$ beschrieben. Du kannst dies auch auf dem Bild erkennen. Dieser Term ist gegeben durch die dritte binomische Formel.

    Diese lautet: $(a+b)\cdot (a-b)=a^2-b^2$.

    Ebenso wird die grüne Fläche auch durch die linke Seite der Gleichung beschrieben.

  • Gib an, mit welcher binomischen Formel das jeweilige Beispiel gelöst werden kann.

    Tipps

    Die erste binomische Formel lautet:

    $(a+b)^2=a^2+2ab+b^2$.

    Die zweite binomische Formel lautet:

    $(a-b)\cdot (a-b)=a^2-2ab+b^2$.

    Einen mathematischen Ausdruck der Form $(a+b)^2$ kannst du auch ausschreiben zu $(a+b)\cdot (a+b)$.

    Lösung

    Es sind die folgenden Beispiele gegeben:

    • $(4+2)\cdot (4-2)$,
    • $(5-3)^2$,
    • $(x-y)\cdot (x+y)$ und
    • $(4+5)\cdot (4+5)$.
    Gesucht ist jeweils die binomische Formel, welche man zum Auflösen der Klammerterme anwenden muss. Die drei binomischen Formeln lauten wie folgt:

    • $(a+b)^2=a^2+2ab+b^2$,
    • $(a-b)^2=a^2-2ab+b^2$ und
    • $(a+b)\cdot (a-b)=a^2-b^2$.
    Einen mathematischen Ausdruck der Form $(a+b)^2$ kannst du auch ausschreiben zu $(a+b)\cdot (a+b)$. Dann erhalten wir die folgende Lösung:

    • $(4+2)\cdot (4-2) ~\rightarrow ~$ 3. binomische Formel
    • $(5-3)^2 ~\rightarrow ~$ 2. binomische Formel
    • $(x-y)\cdot (x+y) ~\rightarrow ~$ 3. binomische Formel
    • $(4+5)\cdot (4+5)=(4+5)^2 ~\rightarrow ~$ 1. binomische Formel
  • Ermittle das zugehörige Produkt von Klammertermen.

    Tipps

    Die dritte binomische Formel lautet: $~ (a+b)\cdot (a-b)=a^2-b^2$.

    Schau dir folgendes Beispiel an:

    $(x+y)\cdot (-x-y)=-1\cdot (x+y)\cdot (x+y)=-1\cdot (x+y)^2$.

    Lösung

    Bevor wir uns die Beispiele anschauen, notieren wir uns zunächst die drei binomischen Formeln:

    • 1. Binomische Formel: $~ (a+b)^2=a^2+2ab+b^2$,
    • 2. Binomische Formel: $~ (a-b)^2=a^2-2ab+b^2$,
    • 3. Binomische Formel: $~ (a+b)\cdot (a-b)=a^2-b^2$.
    Nun können wir uns die Beispiele anschauen.

    Beispiel 1: $~ 9-6x+x^2$

    Diesen Term schreiben wir zunächst um zu: $~ 3^2-2\cdot 3\cdot x+x^2$.

    In dieser Schreibweise können wir nun die Klammerterme ablesen. Die Rechenzeichen verraten uns, dass es sich hier um die zweite binomische Formel handelt. Somit erhalten wir: $~ (3-x)^2$.

    Beispiel 2: $~ 9-x^2$

    Diesen Term können wir auch so schreiben: $~ 3^2-x^2$.

    Durch diese Schreibweise können wir wieder die Klammerterme ablesen. Da wir die Subtraktion zweier Quadratzahlen haben und kein nichtquadratisches Glied enthalten ist, handelt es sich hierbei um die dritte binomische Formel. Somit erhalten wir: $~ (3+x)\cdot (3-x)$.

    Beispiel 3: $~ -9-6x-x^2$

    Dieser Term erscheint zunächst anders, aber wir können ihn umformen zu: $~ -1\cdot (9+6x+x^2)=-1\cdot (3^2+2\cdot 3\cdot x+x^2)$.

    In dieser Schreibweise erkennen wir nun sowohl die Klammerterme als auch die erste binomische Formel in der Klammer. Somit erhalten wir: $~ -1\cdot (3+x)^2=-1\cdot (3+x)\cdot (3+x)=(3+x)(-3-x)$.

    Beispiel 4: $~ 9+6x+x^2$

    Der letzte Term kann umgeformt werden zu: $~ 3^2+2\cdot 3\cdot x+x^2$.

    In dieser Schreibweise können wir nun die Klammerterme ablesen. Die Rechenzeichen verraten uns, dass es sich hier um die erste binomische Formel handelt. Somit erhalten wir: $~ (3+x)^2$.

    Die restlichen Multiplikationsaufgaben

    Die Lösung für die übrigen Klammerausdrücke erhältst du durch Anwendung der ersten und dritten binomischen Formel. Es folgt dann:

    $(9+x)^2=81+18x+x^2$,

    $(9+x)\cdot (9-x)=81-x^2$.